(57)【要約】【課題】多様な被写体の焦点検出を可能とし、明るい対物レンズの焦点検出の精度を上昇させつつも、受光手段の受光面積の増大を小さく、かつ、より配置効率のよい焦点検出装置を得ること。【解決手段】対物レンズの瞳上で光軸からの高さが異なる２対の光束が通過する２対の開口を設けられた絞りと、該２対の開口に対応した２対の２次結像レンズを含む２次結像系と、該２対の２次結像レンズにより被写体像に対応する２対の光量分布が形成される２対の受光素子を含む受光手段とを有し、該受光手段からの信号を用いて該対物レンズの焦点位置を検出する焦点検出装置であって、該受光手段の２対の受光素子のうち、該対物レンズの瞳上で光軸からの高さが高いほうの１対の光束を受光する１対の受光素子の重心間隔をＤ１、該対物レンズの瞳上で光軸からの高さが低いほうの１対の光束を受光する１対の受光素子の重心間隔をＤ２とするとき、      ２≦Ｄ１／Ｄ２なる条件を満足すること。【選択図】図１
2006047814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズの瞳上で光軸からの高さが異なる２対の光束が通過する２対の開口を設けられた絞りと、該２対の開口に対応した２対の２次結像レンズを含む２次結像系と、該２対の２次結像レンズにより被写体像に対応する２対の光量分布が形成される２対の受光素子を含む受光手段とを有し、該受光手段からの信号を用いて該対物レンズの焦点位置を検出する焦点検出装置であって、該受光手段の２対の受光素子のうち、該対物レンズの瞳上で光軸からの高さが高いほうの１対の光束を受光する１対の受光素子の重心間隔をＤ１、該対物レンズの瞳上で光軸からの高さが低いほうの１対の光束を受光する１対の受光素子の重心間隔をＤ２とするとき、
２≦Ｄ１／Ｄ２
なる条件を満足することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記焦点検出装置は長方形視野内の所定の位置に対応する対物レンズの焦点位置を検出するものであり、前記２対の受光素子は前記長方形視野の長辺方向に並んで位置していることを特徴とする請求項１の焦点検出装置。
【請求項３】
前記絞りは前記長方形視野の短辺方向に並んだ１対の開口を更に有し、前記２次結像系は前記長方形視野の短辺方向に並んだ１対の開口に対応した１対の２次結像レンズを更に有し、前記受光手段は前記長方形視野の短辺方向に並んだ１対の開口に対応した１対の２次結像レンズにより被写体像に対応する１対の光量分布が形成される１対の受光素子を更に有することを特徴とする請求項１又は２の焦点検出装置。
【請求項４】
前記重心間隔Ｄ１，Ｄ２は、更に
Ｄ１／Ｄ２≦２．５
を満足することを特徴とする請求項１,２又は３の焦点検出装置。
【請求項５】
前記請求項１から４のいずれか１項記載の焦点検出装置を有することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は焦点検出装置に関し、例えば、銀塩フィルムを使う一眼レフレックスカメラや、固体撮像素子を使うデジタル一眼レフレックスカメラなどの撮像装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、多くの銀塩カメラあるいはデジタルカメラは、対物レンズ（撮影レンズ）の焦点を自動的に調節する自動焦点調節機能を内蔵している。
【０００３】
特に、厳しいピント精度が要求される一眼レフカメラには、焦点検出装置として対物レンズによる結像光束を一対の明るさ絞りへ導き、これら明るさ絞りの近傍に配置された再結像レンズによって被写体像に関する一対の光量分布を光電変換素子（受光手段）の受光素子列（画素列、センサー）上に形成し、該光電変換素子で、一対の光量分布の相対的位置関係より対物レンズの焦点調節状態を検出する所謂、像ずれ方式と称される焦点検出装置が用いられている（特許文献１,２）。
【０００４】
この方法において、焦点を検出するためには、原理的に光電変換素子の受光素子列方向にパターン（濃度パターン）を有する被写体の光量分布の検出が必要であり、被写体のパターンが受光素子列方向に光量分布が生じないときには、焦点検出が出来ないという欠点を有している。
【０００５】
これを解決するために、受光素子列を直交させた２対の受光素子列を用いて、被写体の光量分布の方向によらずに焦点検出を可能とする焦点検出装置が提案され、実用化されている。
【０００６】
像ずれ方式の焦点検出装置では、一対の明るさ絞りの開口間隔によって焦点検出装置の検出性能が決定される。一般には、Ｆ値（Ｆナンバー）の大きい（暗い）対物レンズでも焦点検出を可能とするため、明るさ絞りの開口間隔が制限されている。このため、Ｆ値の小さい（明るい）対物レンズを装着したときには明るさ絞りの開口間隔を大きくできるにも関わらず、焦点検出の精度を高くすることができない。
【０００７】
Ｆ値の小さい対物レンズの焦点検出精度を上げることができれば、例えＦ値の大きい対物レンズを装着したときの検出精度は低くとも、レンズ（カメラシステム）全体として見たときに焦点検出精度の上昇に繋がる。また、明るい対物レンズを頻繁に使用するであろうハイアマチュアの要求にも応えることができる。
【０００８】
これを解決するために、撮影範囲中の略同一焦点検出領域に対して、Ｆ値の大きい対物レンズの焦点検出に用いられる明るさ絞りの開口間隔を狭くした焦点検出系と、Ｆ値の小さい対物レンズの焦点検出に用いられる明るさ絞りの開口間隔を広くした焦点検出系との２つを備えた焦点検出装置が提案、実用化されている。
【特許文献１】特開平７−１５９６８４号公報
【特許文献２】特開平６−２０１９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
焦点検出を被写体像の光量分布の方向に依らない多様な被写体に対して可能としたり、小さなＦ値を持つ明るい対物レンズを装着した場合であっても、焦点検出精度を向上させるには、焦点検出系を多数設置すれば良い。
【００１０】
しかしながら、この方法は焦点検出装置の増大を招く。特に光電変換素子列を形成するセンサーチップの面積の拡大は、製作が難しくコストの増大となる。
【００１１】
また、焦点検出系を複数設置することは、センサーチップ上に被写体像を複数投影することであり、焦点検出に必要ではない光がセンサーの感度域に入射し、ゴーストが発生し、焦点検出精度が低下してくる。又感度域への入射を防ぐ手段を設けなければならず、装置が複雑になってくる。
【００１２】
本発明は、多様な被写体の焦点検出を可能とし、明るい対物レンズの焦点検出の精度を上昇させつつも、受光手段の受光面積の増大を小さく、かつ、より配置効率のよい焦点検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の焦点検出装置は、
◎対物レンズの瞳上で光軸からの高さが異なる２対の光束が通過する２対の開口を設けられた絞りと、該２対の開口に対応した２対の２次結像レンズを含む２次結像系と、該２対の２次結像レンズにより被写体像に対応する２対の光量分布が形成される２対の受光素子を含む受光手段とを有し、該受光手段からの信号を用いて該対物レンズの焦点位置を検出する焦点検出装置であって、該受光手段の２対の受光素子のうち、該対物レンズの瞳上で光軸からの高さが高いほうの１対の光束を受光する１対の受光素子の重心間隔をＤ１、該対物レンズの瞳上で光軸からの高さが低いほうの１対の光束を受光する１対の受光素子の重心間隔をＤ２とするとき、
２≦Ｄ１／Ｄ２
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１４】
特に、
前記焦点検出装置は長方形視野内の所定の位置に対応する対物レンズの焦点位置を検出するものであり、前記２対の受光素子は前記長方形視野の長辺方向に並んで位置していることや、
前記絞りは前記長方形視野の短辺方向に並んだ１対の開口を更に有し、前記２次結像系は前記長方形視野の短辺方向に並んだ１対の開口に対応した１対の２次結像レンズを更に有し、前記受光手段は前記長方形視野の短辺方向に並んだ１対の開口に対応した１対の２次結像レンズにより被写体像に対応する１対の光量分布が形成される１対の受光素子を更に有すること等を特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、多様な被写体の焦点検出を可能とし、明るい対物レンズの焦点検出の精度を上昇させつつも、受光手段の受光面積の増大を小さく、かつ、より配置効率のよい焦点検出装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明の焦点検出装置を一眼レフレックスカメラに適用した実施例の構成図である。図１において紙面内が縦方向（垂直方向）、紙面と垂直方向が横方向（水平方向）である。
【００１８】
図１において、２１はカメラ本体ＣＢに脱着可能または固定の対物レンズ（撮影レンズ）、８は対物レンズ２１の瞳、１は対物レンズ２１の光軸である。光軸１にそって入射する光束は半透過部を備えるクイックリターンミラー２２に達し、反射光と透過光の二つの光束に分割される。
【００１９】
反射側には光軸１に沿ってフォーカシングスクリーン２３、ペンタプリズム２４、接眼レンズ２５が配置され、これらの部材はフォーカシングスクリーン２３上に形成されたファインダー像の視認のためファインダー系を構成する。
【００２０】
一方、クイックリターンミラー２２の透過する側には、光軸１に沿って、可動のサブミラー２６、ついで図中、２乃至７の各要素で示される位相差方式の焦点検出系（焦点検出装置）ＦＤが配置される。自動焦点検出の際には、焦点検出系ＦＤからの出力に基づき、図示されていない駆動機構によって対物レンズ２１のフォーカス部が駆動され焦点状態が調節される。
【００２１】
焦点検出系ＦＤの詳細について説明する。２は対物レンズ２１の焦点面又はその近傍に置かれる視野マスクである。３はフィールドレンズ、４は反射ミラー、５は開口絞り（明るさ絞り）、６は被写体像に関する２次像を形成する為の再結像レンズ、７は被写体像に関する２次像の光量分布（像ずれ）を検出するための受光センサー（受光手段）である。受光センサー７は光電変換素子によって構成される。視野マスク２から再結像レンズ６に至る各要素で２次結像光学系を構成している。
【００２２】
本実施例は、対物レンズ２１の瞳８の異なる領域を通過した光束を用いて、被写体像に関して、水平方向に２対以上を含む複数対の分量分布を形成する２次光学系２〜６と、複数対の光量分布の相対的な位置関係を各々検出する複数対の受光素子列を含む受光手段７とを有し、受光手段７からの信号を用いて、対物レンズ２１の焦点位置を検出している。
【００２３】
図２は、図１の焦点検出系ＦＤの各要素２〜７のうち、反射ミラー４を省略して光路を展開した形で図示した説明図である。
【００２４】
図３〜７は各々図２の一部分の説明図である。次に図１及至図７をつかって本発明の焦点検出装置の各部材の構成を説明する。
【００２５】
図３は正面（光軸１方向）から視野マスク２を見たときの説明図である。十字状の開口２ａを持ち、これは横方向（水平方向）に長い第一焦点検出領域に対応した開口２Ｈと、縦方向（垂直方向）に長い第２焦点検出領域に対応した開口２Ｖとで構成されている。
【００２６】
図４は、２次結像系の開口絞り５を正面から見たときを示している。横に長い第１焦点検出領域に対応した横方向に配列された２対の開口部５ａ１，５ａ２と、縦に長い第２焦点検出領域に対応した縦方向に配列された１対の開口部５ａ３とを持つ。
【００２７】
横方向に配列された２対の開口部５ａ１，５ａ２において、開口の重心間隔の広い組み合わせの長さをＬ１、狭い重心間隔の長さをＬ２としている。開口部５ａ１は開口部５ａ２に比べてＦナンバーの小さい（明るい）対物レンズに対応した検出系に相当している。
【００２８】
図５は再結像レンズ６の正面図であり、絞り５の開口部５ａ１〜５ａ３に対応した３対のレンズ部分６ａ１〜６ａ３を有し、図３の視野マスク２の開口部２ａをとおして対物レンズ２１によって形成される被写体像を受光センサー７の各受光素子列上に再び結像する作用を有する。
【００２９】
図６は受光センサー７を正面から見た説明図である。再結像レンズ６により結像される被写体像の光量分布を電気信号に変換する。
【００３０】
図１,図２において視野マスク２の開口２ａを通った光束はフィールドレンズ３の絞り６,再結像レンズ６を通過し、被写体像の２次像を、受光手段７上に再結像する。
【００３１】
図６の受光手段７面上には、光電変換を行うための多数の画素よりなる画素列（受光素子列）７ａ１,７ａ２の組に、画素列を囲む点線で示す領域２ａ’に視野マスク２の開口形状２ａに切り取られた被写体像の２次像が形成されている。
【００３２】
一つの絞り６の開口部に対応する再結像レンズ６によって図６の点線のように物体の２次像２ａ’は形成され、２次像２ａ’は対物レンズ２１の焦点調整状態によって受光素子列７ａ１〜７ａ３の長手方向に移動する。
【００３３】
受光素子列の組７ａ１〜７ａ３はそれぞれに対応する視野マスク２の開口部２ａの像について、受光手段７上の２次像の相対間隔をそれぞれにおいて検出する事により、それぞれの焦点検出領域における、対物レンズ２１の焦点調節状態を検出している。
【００３４】
本実施例では、図６に示すように、受光手段７の複数対の受光素子列７ａ１〜７ａ３のうちの水平方向の２対の受光素子列７ａ１，７ａ２の各対の重心間隔を各々Ｄ１，Ｄ２とするとき、
２≦Ｄ１／Ｄ２
を満足している。
【００３５】
更に重心間隔Ｄ１，Ｄ２は、
Ｄ１／Ｄ２≦２．５
を満足している。
【００３６】
これによって多様な被写体の焦点検出を可能とし、明るい対物レンズの焦点検出の精度を上昇させつつも、受光手段の受光面積の増大を抑制し、かつ、より配置効率のよい焦点検出装置を達成している。
【００３７】
次に本発明の構成の特徴について説明を行う。焦点検出を被写体像の光量分布の方向に依らない多様な被写体に対して焦点検出するためには、Ｆ値（Ｆナンバー）の小さい（明るい）対物レンズから大きい（暗い）対物レンズにまで対応した焦点検出系を十字状の形に組み合わせることが不可欠である。これによりＦ値の大きさに関わらず、多様な被写体に対し焦点検出が可能となる。
【００３８】
ただし、このままの焦点検出装置では、精度の高い焦点検出が可能であるＦ値の小さい対物レンズにおいても、Ｆ値の大きい対物レンズと同等の検出精度しか出すことができない。従って、Ｆ値の小さい対物レンズに対応した焦点検出系をここに加える必要がある。
【００３９】
ここで図７のようにＦ値の小さい対物レンズに対応した検出光学系も、暗い対物レンズと同じく十字状に配置することは可能である。
【００４０】
しかしながら、受光手段７の受光面積の増大を考えると、光学系を一つ加えたときは面積がＦ値の暗い焦点検出系の十字状の配置の面積に対し２倍になるのに対し、十字状の配置によって縦方向、横方向共に受光手段７の長さが２倍となるため、面積は４倍に増えることとなる。受光手段の製作困難さ（コスト）は、面積に比例するため製作上の困難さ（コスト）も４倍となるため避けるべきである。
【００４１】
Ｆ値の小さい対物レンズに対応した光学系を導入するために、次に問題となるのは絞り５の開口部をどの方向に開けるかである。可能性としては縦や横に限らず、任意の斜めの角度を持たせて絞り５を配置することができる。しかし、焦点検出の精度とコスト増大の回避を考えたときには、横方向に開口部を設けることが一番よい。
【００４２】
まず精度の問題を挙げる。一眼レフレックスカメラにおいて焦点検出装置ＦＤは、カメラＣＢ内で図１に示されるように、クイックリターンミラー２２を透過した後に配置される。このとき、光束が通過する位置や角度の変化の違いからクイックリターンミラー２２を通過する光路が異なる。
【００４３】
これが原因となり、受光センサー７上において数μｍの誤差が生じる。受光センサー７上での精度としてサブミクロンの精度が必要である焦点検出装置においては、数μｍの差は大きなものである。しかし絞り５の開口を上下に開けて分割された光束では、光路長が異なり光学的作用が異なるのに対し、左右に開口を開けた絞り５では光学的に全く同じ光路を通るために同じ収差を持ち、受光センサー７上で比較される被写体像のズレを生じることがない。
【００４４】
つまり、絞り５の開口を左右方向（横方向）に分割することが焦点検出性能において最良である。
【００４５】
次に、縦或いは横方向に絞り５の開口を設ける上での、受光手段７の面積の増大について説明する。
【００４６】
近年、対物レンズ１の結像面内に複数の焦点検出領域を配置し、中央だけではなく画面の周辺部分においても焦点を合わせる焦点検出装置が広く利用されている。
【００４７】
図８には、画面上に焦点検出領域を７つ備え、中央に十字開口２ａ１の焦点検出系をもつ視野マスク２の一例と、図９にはそれに対応した受光センサー７を示す。
【００４８】
撮像素子の形状は銀塩フィルムに代表されるように、横長である。このため、焦点検出領域は縦方向よりも横方向に高い像高を持って配置される。
【００４９】
同様に、受光センサー７の受光素子列７ａの配列も縦方向に高い像高を持って配置される。このとき、Ｆ値の小さい対物レンズに対応した焦点検出系を中央部に導入することを考える。
【００５０】
図１０に受光センサー７の受光素子列７ａの配列を横方向に挿入した時の受光素子列の配列、図１１には縦方向に挿入した時の受光センサー７の受光素子列７ａの配列を示してある。センサーチップは、シリコンウェハーから切り取る時に四角の形状で切り取る。
【００５１】
このためセンサー形状は四角にならざるを得ない制約を考慮すると、受光センサー７の受光素子列７ａの配列を縦方向に挿入したときよりも、横方向に挿入した時の方が増大する受光手段の面積を抑えることができることが、図９から図１０へ、図９から図１１への面積変化を比較からわかる。
【００５２】
従って、Ｆ値の小さい焦点検出系の絞り５を、縦向きではなく横向きに開口することで受光センサー７の受光面積の増加を抑えることができる。
【００５３】
さらに、図１０に示すように、横方向に開口するＦ値の小さい焦点検出系の１対の受光素子列７ａ１の重心間隔をＤ１と、Ｆ値の大きい焦点検出系の１対の受光素子列７ａ２の重心間隔をＤ２としたときにＤ１／Ｄ２が２以上であることが良い。  対物レンズ１を通過した光束は、瞳８から視野マスク２の距離に比べ、絞り５から受光センサー７への距離が非常に短いことから、絞り５の重心位置とほぼ同じ位置を保って受光センサー７上に到達する。受光センサー７上には、視野マスク２の開口形状と相似でそれぞれの面積がほぼ等しい像が絞り５の開口数と同数投影される。この理由から絞り５の配置と受光センサー７上の像の配置には高い相関が存在する。
【００５４】
そして、受光センサー７上の被写体像は重なることは望ましくない。被写体像が重なる領域がでてくると、その領域には受光素子列を配置することができなくなり、無駄な領域となり受光センサーの受光面積の増大を招き、また被写体像の重なりが生じる配置では、受光センサーに入射すべきでない特定の焦点検出領域以外の迷光を検出する可能性も高くなる。
【００５５】
ここでＤ１／Ｄ２が２を下回ると、無駄な受光センサーの受光面積の増大を引き起こす。図１０に示されるように、Ｆ値の暗い対物レンズに対応した焦点検出系により、受光手段７上にできる被写体像同士が重ならないように配置し、また受光センサー７の受光面積を小さくするという要望から、横方向に配置されたＦ値の大きい対物レンズ用の絞りによって作られた被写体像の重心間隔Ｄ２は、像の大きさの２倍の値となる。
【００５６】
一方、Ｆ値の小さい対物レンズ用の絞りによって作られた被写体像の重心間隔Ｄ１は、被写体像を重ねずまた、受光センサー７の受光面積を最小にする要請から、被写体像の大きさの４倍の値となる。
【００５７】
Ｄ１／Ｄ２が２を下回るということは、Ｆ値の大きい絞りによる被写体像の間隔が被写体像の大きさの２倍以上の値となり中央部に無駄な受光領域が生じることを意味しており、受光面積の増大を引き起こす。
【００５８】
一方、Ｄ１／Ｄ２が２を超えると、Ｆ値の小さい焦点検出系の精度が上昇するだけでなく、被写体像同士の間隔が広がることで、受光センサーに入射すべきでない他の焦点検出領域を通過した迷光が受光センサーに入射する危険性が減るため、Ｆ値の小さい焦点検出系とＦ値の大きい焦点検出系の被写体像の間に被写体像の大きさの半分程度をマージンとして持つのがよい。
【００５９】
即ち、明るい光束（Ｆ値の小さい位置の絞りを通過した光束）と暗い光束（Ｆ値の大きい位置の絞りを通過した光束）がそれぞれ形成する像が重ならない「余裕」を受光素子間に持つのが良い。
【００６０】
しかし、それより大きなマージンは受光面積の増大を引き起こすため望ましくない。このため、Ｄ１／Ｄ２≦２．５であることがより良い。
【００６１】
以上のように本発明によれば、多様な被写体を多くの対物レンズにおいて焦点検出可能とするため、Ｆ値の大きい（暗い）対物レンズに対応した焦点検出系における視野マスクの開口を十字状に配列し、かつＦ値の大きい（明るい）対物レンズに対応した焦点検出系を適切に加えることで、高精度で受光面積のコンパクトな新たな構成の焦点検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明のカメラシステムの実施例１の要部概略図
【図２】図１の一部分の拡大説明図
【図３】図１の視野マスクの説明図
【図４】図１の絞りマスクの説明図
【図５】図１の再結像レンズの説明図
【図６】図１の光電変換素子の説明図
【図７】明るいF値の対物レンズに対応した光電変換素子の説明図
【図８】中心に十字状の焦点領域を持つ７点の焦点検出領域を有する視野マスクの説明図
【図９】中心に十字状の焦点領域を持つ７点の焦点検出領域を有する光電変換素子の説明図
【図１０】７点の焦点検出領域を有する焦点検出系に、明るい対物レンズに対応した受光素子を横方向挿入した場合の受光センサーの説明図
【図１１】７点の焦点検出領域を有する焦点検出系に、明るい対物レンズに対応した受光素子を縦方向挿入した場合の受光センサーの説明図
【符号の説明】
【００６３】
１  光軸
２  視野マスク
３  フィールドレンズ
４  反射ミラー
５  絞りマスク
６  再結像レンズ
７  光電変換素子
８  瞳
２１  対物レンズ
２２  クイックリターンミラー
２３  フォーカシングスクリーン
２４  ペンタプリズム
２５  接眼レンズ
２６  サブミラー
【図２】
2006047814.tif 000003
【図１０】
2006047814.tif 000004
【図１】
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【図３】
2006047814.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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